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气体火焰钎焊作业指导书
气体火焰钎焊作业指导书
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作者
目录
一、前言...................................................................................4
二、钎焊原理................................................................................5
三、焊接设备................................................................................6
四、气体火焰钎焊操作技术....................................................................7
五、常见钎焊缺陷及处理对策..................................................................8
六、补焊的技术要求..........................................................................9
七、安全技术...............................................................................10
一、前言
钎焊是三大焊接方法(熔焊、压焊、钎焊)的一种。钎焊是采用比焊件金属熔点低的金属钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料、低于焊件熔化温度,利用液态钎料润湿焊件金属,填充接头间隙并与母材金属相互扩散实现连接焊件的一种方法。
钎焊与熔焊相比,有下列优点:
钎焊时焊件不熔化。在大多数情况下,钎焊温度比焊件金属熔点低得多,因此,钎焊后工件组织和机械性能变化小,应力及变形小。
可以钎焊任意组合的金属材料,可以钎焊金属与非金属。
可以一次完成多个零件的钎焊或套叠式、多层式结构焊件的钎焊。
可以钎焊极细极薄的零件,也可以钎焊厚薄及粗细差别很大的零件。
可以将某些材料的钎焊接头拆开,重复进行钎焊。
钎焊的不足之处是:
钎焊接头的比强度较熔焊低,因此常用搭接接头型式来提高承载能力。
钎焊工件连接表面的清理工件和工件装配质量要求都很高。
钎焊,按所用的热源不同,可分为:火焰钎焊、感应钎焊、烙铁钎焊、电阻钎焊及炉中钎焊等。
空调制冷系统中钎焊采用火焰钎焊的方法,其通用性大、工艺过程较为简单,但火焰钎焊手工操作,加热温度和时间难以把握,因此要求操作人员具备熟练的操作技巧。
本手册主要介绍空调制冷系统生产、安装有关火焰钎焊方面内容。
二、钎焊原理
钎焊是利用液态钎料填满钎焊金属结合面的间隙面形成牢固接头的焊接方法,其工艺过程必须具备两个基本条件:
液态钎料能润湿钎焊金属并能致密的填满全部间隙;
液态钎料与钎焊金属进行必要的物理、化学反应达到良好的金属间结合。
1、液态钎料的填缝原理
钎焊时,液态钎料是靠毛细作用在钎缝间流动的,这种液态钎料对母材金属的浸润和附着的能力称之为润湿性。
液态钎料对钎焊金属的润湿性越好,则毛细作用越强,因此填缝会更充分。影响钎料润湿性的因素有以下方面:
钎料和焊件金属成分影响
若钎料和钎焊金属在液态不互溶和固态不互溶,也不形成化合物,则它们之间的润湿性很差;若能液态互溶、固态互溶或形成化合物,则它们之间的润湿性很好。
钎焊温度的影响
温度的升高,可明显地改善润湿性。但温度过高,润湿性太好,会造成钎料流失,还会因过火而产生熔蚀现象。因此,在钎焊过程中,选择合适的钎焊温度是很重要的。
焊件金属表面清洁度
金属表面的氧化物及油污等杂质会阻碍钎料与焊件金属的接触,使液态钎料聚成球状而很难铺展,因此,钎焊时必须保证焊件金属接头处表面清洁。
焊件金属表面粗糙度
通常钎料在粗糙表面的润湿性比光滑面好。这是由于纵横交错的纹路对液态钎料起到特殊的毛细作用。
2、钎料与焊件金属的相互作用
钎焊金属向钎料的溶解
从宏观上看,钎焊过程中钎焊金属不熔化,但是从微观上看,在液态钎料和固态钎焊金属之间发生钎焊金属向钎料中溶解和钎料向钎焊金属扩散的相互扩散反应。钎焊金属在钎焊过程中向钎料的溶解,实为钎焊金属表面的微区熔化。
钎焊金属向钎料的溶解将导致如下后果:
a)改变钎料原来的成分,使钎料合金化,一般来说,可以提高钎缝的强度;
b)钎焊金属溶解过多会使钎料熔点的粘度升高,使填缝能力下降;
c)过度的溶解使表面出现溶蚀的缺陷,严重时出现溶穿。
影响钎焊金属向钎料溶解的因素有:
a)钎料的钎焊金属成分的影响:凡是钎料在钎焊金属上有好的润湿性,能顺利进行钎焊的情况下,钎焊金属在液态钎料中都会发生一定程度的溶解。
b)温度的影响:钎焊温度愈高,则溶解量愈大,溶解速度也愈快。为了防止钎焊金属溶解过多,钎焊温度不宜过高。
c)保温时间的影响:钎焊金属在液态钎料中的扩散速度较快,保温时间长,溶解量大,达到饱和状态后,保温时间增长,溶解量不再增多。但钎缝圆角处聚集钎料较多,保温时间增长,就使溶解量明显增多,所以钎缝圆角是最容易产生溶蚀的部位。
钎料组分向钎焊金属的扩散
液态钎料填满钎焊金属间隙时,钎焊组分由于与钎焊金属组分的差别或浓度的差别。必然发生钎料组分向钎焊金属扩散的过程。扩散量大小主要与浓度梯度、扩散系数、温度和保温时间等因素有关。
钎焊接头成分和组织
由于钎料和钎焊金属之间的冶金反应,使钎焊接头(钎缝)具有化学成分和组织不均匀的特点。钎焊接头可粗略地划分为扩散区、界面区和中心区三个部分。
a)纤缝中心区:主要由钎料组成,也有钎焊金属的溶解。
b)界面区:由钎焊金属向钎料溶解而形成的,成分的组织比较复杂。
c)扩散区:主要由钎焊金属组成,也有从钎料扩散来的元素。
3、铜管温度与钎料的关系
磷铜钎料在640~810℃熔化,银钎料在710~793℃熔化,铜管1080℃熔化。
铜管的色温标准:550℃暗褐色;700~800℃红色;900℃橙色;1000℃黄色。
三、焊接设备
焊接设备包括焊枪,供气管,氧气,乙炔气或石油液化气,气体调节器,焊接夹具等:
焊枪结构如下:
两个阀门:右阀控制氧气调节;左阀控制燃气调节。
手柄:用于把握焊枪,由管路将气由阀门送到枪头。
气体混合器:以涡动的方式混合两种气体,并把混合气体送到喷嘴。
喷嘴:将混合气体送到枪头。
枪头:控制并放出混合气体以燃烧。
四、气体火焰钎焊操作技术
所谓气体火焰钎焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰进行加热的一种钎焊方法。一般情况下,气体火焰钎焊的操作流程如下图所示。
焊前清理
检验
NO
管件安装
OK
检验
NO
充氮保护、冷却作业
OK
火焰调节
加热
加入钎料钎剂
焊后处理
保温
焊接检验
结束
异常处理
OK
NO
1、焊前清理
焊前要清除焊件表面及接合处的油污、氧化物、毛刺及其杂物,保证铜管端部及接合面的清洁与干燥,另外还需要保证钎料的清洁与干燥。
焊件表面的油污可用***、酒精、汽油或三***已烯等有机溶液清洗,此外热的碱熔液除油污也可以得到很好的效果,对于小型复杂或大批零件可用超声波清洗。
表面氧化物及毛刺可用化学浸湿方法,然后在水中冲洗干净并加以干燥。
对于铜管,必须用去毛刺机去除两端面毛刺,然后用压缩空气(压力P=)对铜管进行吹扫,吹干净铜屑。
2、清洁度检验
一般的焊件在焊前已有专门的清洁工序(如酸洗),但仍有可能因处理工序不佳或储存方式不正确而使焊件表面留有油污或水份,因此在接头装配和焊接前仍需要以目视和触摸的方式检验焊件表面的清洁度和干燥度,若发现焊件不干净、潮湿或被氧化,应挑出来重新处理方可焊接。另外,焊料被污染应放弃使用或清洗后再使用。
3、接头安装
钎焊的接头形式有对接、搭接、T型接、卷边拉及套接等方式,制冷系统所采用的均为套接方式,不得采用其它接头方式。
钎焊间隙
钎焊接头的安装须保证合适均匀的钎缝间隙,针对所使用的铜磷钎料,要求钎缝间隙(单边)在~。
间隙过大会破坏毛细作用而影响钎料在钎缝中的均匀铺展,也会在受压或振动下引起焊缝破裂和出现半堵或堵现象;
间隙过小会防碍液态钎料的流入,使钎料不能充满整个钎缝使接头强度下降;
钎缝间隙不均匀会妨碍液态钎料在钎缝中的均匀铺展,从而影响钎焊质量。
套接长度
对于套接形式的钎焊接头,选择合适的套接长度是相当重要的。
一般铜管的套接长度在5mm-15mm,(注:,其套接长度不应小于8mm);
毛细管的套接长度在10mm-15mm。
若套接管长度过短易使接头强度(主要指疲劳特性和低温性能)不够,更重要的是易出现焊堵现象。
4、安装检验
接头安装完毕后,应检验钎焊接头是否的变形、破损及套接长度是否合适,如图所示不良接头应力求避免,若出现不良接头应拆除重新安装后方可焊接。
这里是以铜管的套接为例来说明接头安装检验,铜管与法兰的套接与此相同。
5、充氮保护
接头安装经检查正常后开启充氮阀进行充氮保护,以防止铜管内壁受热而被空气氧化,焊前的充氮时间要求应依据具体工序的作业指导书要求,为保证焊前和焊接后有充足的氮气保护,对充氮要求如下表所示。
一般来说。预充式(短时置换)停留的时间为3-5秒就需快速焊接。
管径
(mm)
氮气流量(焊接中)
(L/min)
焊后保持时间
(S)
氮气压力
(MPa)
<10
≥4
≥3
预充式(短时置换)
边充边焊(连续置换)
≥10
≥6
≥6
~
~
6、冷却作业
冷却方法的分类
浸入式冷却
将需要冷却的部品完全浸没在水中进行钎焊的作业方法。
喷淋式冷却
向需要冷却的部品连续地淋水进行钎焊的作业方法。
湿布式冷却
用含水的湿布包裹需要冷却的部品进行钎焊的作业方法。
非接触式冷却
通过连续水流冷却工装外壁,来冷却部品进行钎焊的作业方法。
冷却方法的选择原则
确保冷却部品充分冷却,在钎焊的过程中,部品的非耐热部份最高温度不超过120℃;
便于操作,不影响钎焊质量和工作效率。
再冷却
为了防止钎焊余热使非耐热部品的温度上升,钎焊完成后,必须将钎焊部品浸入水中或淋水进行冷却,使温度降至室温。
7、调节火焰
焊接气体的组成
焊接气体由助燃气体(氧气)和可燃气体(液化石油气---LPG)两部分组成,LPG的主要成分是丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)及一定量的丙烯(C3H6)和丁烷(C4H8)等碳氢化合物。此外为了增加液态钎料润温性及防止铜管外表被氧化,在O2-LPG混合气体中加入了气体助焊剂(其主要成分为硼酸三甲酯,要求含量为55-65%),三种气体混合物燃烧温度可达2400摄氏度。
火焰的分类
O2-LPG气体火焰可根据氧气与LPG的混合比不同,有三种不同性质的火焰:氧化焰、中性焰和还原焰(亦叫碳化焰),三种火焰。
如图所示。当O2与LPG的体积比为时为中性焰,小于时为碳化焰,大于时则为氧化焰。
火焰调节方法
首先打开LPG气阀,点火后调节氧气阀调出明显的碳化焰后再缓慢调大氧气阀直到白色外焰距蓝色2~4mm,此时外焰轮廓已模糊,即内焰与焰心将重合,此时的火焰为中性焰,再调大氧气则变为氧化焰,氧化焰的焰心呈白色,其长度随氧气量增大而变短。焊接铜管时应使用中性焰,尽量避免用氧化焰和碳化焰,气体助焊剂流量大小则需调到外焰呈亮绿色,另外也可依据焊后铜管的颜色来调节气体助焊剂,当焊后铜管有变黑的倾向时,则应调大气体助焊剂的流量,直到焊后铜管呈紫色为止。